37
Để kết nối loadcell với mạch arduino, chúng ta kết nối như hình sau: (tùy chức năng dây của loadcell mà có thể nối dây hơi khác so với hình miễn là đúng chức năng của dây thì mạch mới hoạt động chính xác).
Hình 1.14: Sơ đồ kết nối loadcell- Hx711- Arduino
3.1.2 XÂY DỰNG PHẦN MỀM
Khai báo các hằng, biến và tạo lập các giá trị ban đầu
Như thông thường, tất cả các biến và hằng cùng với các thư viện và thủ tục đều phải được thông báo và trong mục void setup thì những thủ tục ban đầu cần được thực hiện. Phần này tương ứng với mục (1) và (2) trong sơ đồ khối chương trình. Sau đây là đoạn chương trình cho phần này.
#include <HX711.h> // Khai báo thư viện của mạch hx711 #include <EEPROM.h> //Khai báo thư viện EEPROM
#include <Servo.h> //Khai bao thu vien cua dong co servo Servo myServo; // Đặt tên động cơ servo
HX711 scale(A0, A1); // khai bao 2 chan tin hieu cua loadcell ket noi voi 2 chan analog 0 va analog 1
int ledPins[] = {6}; // khai bao cac chan ket noi led 7 doan theo thu tu abcdefg
int ledle[]={10,9,8,7}; // Khai bao cac chan ket noi voi katot cua 4 led don chi thi
38
int nutnhan =2; // Nút nhấn được kết nối với chân số 2 int bientro = A5;// Biến trở- chân A5
int chot = 13; // Chân chốt tín hiệu 7495- 13
int led7doan = 12; //Chân nhận tín hiệu nối tiếp 7495- 12 int ck =6;// Xung ck 7495 - 6
boolean macc[14][8]= //mã led 7 đoạn catot chung { {1,1,1,1,1,0,1,0},//0- ABCDEFGHDi {0,1,1,0,0,0,0,0},//1 {1,1,0,1,1,1,0,0},//2 {1,1,1,1,0,1,0,0},//3 {0,1,1,0,0,1,1,0},//4 {1,0,1,1,0,1,1,0},//5 {1,0,1,1,1,1,1,0},//6 {1,1,1,0,0,0,0,0},//7 {1,1,1,1,1,1,1,0},//8 {1,1,1,1,0,1,1,0},//9 {1,0,0,1,0,1,0,0},//10 ngang {0,1,1,0,1,0,1,0},//11 doc {0,0,0,0,0,1,0,0},//12 vài kiểu khác {0,0,0,0,0,0,0,0},//13 };
const int gocmin=167; //đặt góc khi động cơ đóng van
const int gocmax=140;// Đặt góc khi động cơ mở hồn tồn van int save = 0; //Một số biến sử dụng và giá trị khởi tạo
int zero=0; int giatridat; float cannang; int lamtron;
39 float tong=0; int tonggoc=0; int dem=0; float trungbinh; int trungbinhgoc; String inputString = ""; boolean stringComplete = false; boolean tudong =1; boolean nhangiatridat =0; int gocmoservo; int giatrinhan=0; char kytudau; int demthoigian=0;
void setup() // Chương trình chỉ chạy 1 lần khởi động {
for(int index = 3; index < 14; index++) //khai báo chân tín hiệu ra
{pinMode(index, OUTPUT);}
pinMode(2, INPUT); // khai báo chân tín hiệu vào scale.set_scale(2280.f); //thủ tục cho loadcell scale.tare();
Serial.begin(9600); //khai báo cổng nối tiếp tốc độ truyền 9600bit/s
inputString.reserve(200); //khai báo dung lượng dự trữ cho biến inputString
myServo.attach(11); //Khai báo chân điều khiển servo myServo.write(gocmin); //Đóng van
for (int i=0; i<6; i++) // Nhay led de bao reset {
40
songuyen(5); tled7doan(11, 11); delay (50); songuyen(6); tled7doan(10, 10); delay (50); }
giatridat=EEPROM.read(save)*100; //lấy lại giá trị đặt trong epprom
serialEvent(); //gọi chức năng sự kiện nối tiếp
attachInterrupt(0, ngat, LOW);//Khai báo ngắt ngoài 0 }
Chương trình chính
Chương trình chính của cân điện tử được lập trình bao gồm các phần từ (3) đến (8). Trong đoạn trương trình này sử dụng nhiều chương trình con sẽ được trình bày ở mục tiếp theo. Chương trình chính của cân điện tử được viết như sau:
void loop()
{
while(1)//Tạo vịng lặp vơ hạn {
serialEvent(); //Gọi chức năng sự kiện nối tiếp
if(demthoigian !=0) //Kiểm tra thời gian nhấn nút (3) { if (demthoigian<500){ demthoigian=0; resetzero (zero); //(5) } else { demthoigian=0; nhapgiatridat(giatridat); //(4) } }
41
cannang=scale.get_units()*5-zero; //Nhận giá trị và xử lý (6)
lamtron= round(cannang/10)*10;
if(tudong==1)gocmoservo=goc(giatridat, cannang);
myServo.write(gocmoservo); //Tính góc quay cho servo tonggoc+=gocmoservo; tong+=cannang; dem+=1; if(dem>=5) { trungbinh=tong*1.0/dem; //tính trung bình (7) trungbinhgoc=tonggoc/dem; trungbinhgoc=(gocmin-trungbinhgoc)*100/(gocmin-gocmax);
Serial.print(trungbinh,0); //Gửi dữ liệu qua cổng
serial
Serial.print(";");
Serial.print(trungbinhgoc); Serial.print(";");
Serial.println(giatridat);
hienthi(trungbinh); //Hiển thị ra cơ cấu hiển thị dem=0;
tong=0; tonggoc=0; }
if (trungbinh<-50 and dem==4) //phần sử lý hiển thị khi chỉ số âm
tled7doan(12, 12);
if(stringComplete == true){ // Xử lý tín hiệu đến (8) xulydulieuden(inputString);
42 stringComplete = false; inputString=""; } } }
Cần tạo một vịng lặp vơ hạn bao bọc tất cả các lệnh trong chương trình chính để các biến sử dụng trong chương trình khơng bị mất giá trị.
Kiểm tra thời gian nhấn nút và xử lý các trường hợp
Trong phần kiểm tra thời gian nhấn nút (3), biến demthoigian sẽ được kiểm tra để phân trường hợp sẽ thực hiện việc nhập giá trị đặt (4) hay resetzero (5). Biến demthoigian là giá trị đếm được tương ứng với thời gian nhấn nút được thực hiện thơng qua chương trình ngắt ngồi điều khiển bằng nút nhấn. Việc nhập giá trị đặt hay resetzero được viết trong các chương trình con riêng. Sau khi phân trường hợp xong, nếu biến demthoigian khác 0 sẽ được đưa về 0 ngay vì trong chương trình con nhập giá trị đặt cần phải sử dụng lại biến này. Nếu khơng, chương trình con thực hiện nhập giá trị đặt sẽ khơng hoạt động như mong muốn.
if(demthoigian !=0) //Kiểm tra thời gian nhấn nút (3) { if (demthoigian<500){ demthoigian=0; resetzero (zero); //(5) } else { demthoigian=0; nhapgiatridat(giatridat); //(4) } }
Trong thời gian nhấn nút thì cứ 50ms thì biến thời gian sẽ được tăng lên 1 đơn vị. Đoạn chương trình ngắt sau sẽ thể hiện cơng việc của chíp điều khiển khi nhấn nút:
43
{
demthoigian+=1; delay(50);
}
Chương trình con resetzero được viết như sau:
void resetzero (int &zero) // lay lai muc zero {
zero=scale.get_units()*5; // gan zero bang can nang hien tai
for (int i=0; i<7; i++){ // Nhay led de bao reset songuyen(5); tled7doan(10,10); delay (50);
songuyen(6); tled7doan(11,11); delay (50); }
}
Chương trình con nhập giá trị đặt được viết như sau: void nhapgiatridat (int &giatridat)
{
while (1) //tao vong lap mai mai de bien zero khong bi xoa { hienthi(round(analogRead(bientro)*5/100)*100); if(demthoigian!=0) { demthoigian=0; giatridat=(round(analogRead(bientro)*5/100)*100); //gan giatrihienthi cho giatridat, Lam tron toi hang tram
EEPROM.write(save, giatridat/100); // Luu giatri dat vao eeprom
for(int n=0; n<3; n++) //hiển thị báo hiệu nhận giá trị
44
{
hienthi(round(analogRead(bientro)*5/100)*100); delay (200);
songuyen(0); tled7doan(13,13); delay(100); }
break; }
} }
(xem chương trình con hienthi trong mục 3.2.7)
Nhận giá trị cân nặng, đặt góc cho động cơ servo Code : cannang=scale.get_units()*5-zero; //Nhận giá trị (6) lamtron= round(cannang/10)*10; if(tudong==1)gocmoservo=goc(giatridat, cannang); myServo.write(gocmoservo); tonggoc+=gocmoservo; tong+=cannang; dem+=1;
Công việc nhận giá trị cân nặng và đặt góc cho động cơ servo thực hiện nhờ một số câu lệnh được đánh dấu (6) trong đoạn chương trình chính. Trong đó, câu lệnh nhận giá trị cân nặng từ loadcell là cầu lệnh :
cannang=scale.get_units()*5-zero;
Trong đó, giá trị nhận được được gọi bằng hàm scale.get_units(), sau đó được nhân 5 vì loadcell thuộc loại 5kg và trừ đi biến zero là biến căn chỉnh cho việc resetzero tương ứng với giá trị cân nặng của đĩa cân. Mặc định ban đầu giá trị của biến zero bằng 0 vì mặc định, thư viện hx711 sẽ trả về giá trị cân nặng khi khởi động hệ thống (dù có vật nặng trên cân hay khơng) là 0. Biến này sẽ được thay đổi trong chương trình con resetzero.
45
Việc điều khiển động cơ servo phụ thuộc vào chế độ hoạt động của van là tự động hay bằng tay. Mặc định là chế độ tự động, chế độ này chỉ được thay đổi bằng tín hiệu gửi từ cổng nối tiếp. Có thể tham khảo phần xử lý tín hiệu đến để hiểu rõ hơn về chế độ này.
Trong khi xử lý góc quay cho động cơ servo, có sử dụng một hàm là hàm góc được viết như sau :
int goc (int giatridat, int lamtron) {
int goccanquay;
int doquay=gocmin-gocmax;
if (lamtron <= giatridat + 5) return gocmin;
else if (lamtron >= giatridat + 60) return gocmax;
else goccanquay= (lamtron-giatridat)*(lamtron-
giatridat)/150+8.5;
return gocmin-goccanquay; }
Hàm góc có kiểu trả về là kiểu interger với giá trị phụ thuộc vào 2 biến là biến giá trị cân nặng được làm tròn : lamtron và giá trị đặt : giatridat. Ngồi ra, cịn sử dụng 2 hằng số quy định góc quay tối thiểu và tối đa cho động cơ. Hàm sẽ giới hạn và tính tốn góc quay cho động cơ bắt đầu tăng goc mở khi có sai lệch bắt đầu từ lớn hơn 5g và sẽ mở góc tối đa khi khối lượng cân được lớn hơn giá trị đặt 60g. Hàm tính tốn là hàm bậc hai, được viết dựa vào thử nghiệm thực tiễn.
Tính trung bình và hiển thị giá trị cân nặng, gửi dữ liệu quan cổng serial Code : if(dem>=5) { trungbinh=tong*1.0/dem; //tính trung bình (7) trungbinhgoc=tonggoc/dem; trungbinhgoc=(gocmin-trungbinhgoc)*100/(gocmin-gocmax);
46
Serial.print(trungbinh,0); //Gửi dữ liệu qua cổng
serial
Serial.print(";");
Serial.print(trungbinhgoc); Serial.print(";");
Serial.println(giatridat);
hienthi(trungbinh); //Hiển thị ra cơ cấu hiển thị
dem=0; //xóa các biến liên quan để chuẩn bị cho đợt lấy mẫu mới
tong=0; tonggoc=0; }
Việc xử lý dữ liệu đến bao gồm việc làm tròn dữ liệu, cân chỉnh dữ liệu, lấy mẫu, và tính trung bình cho các đại lượng giá trị cân nặng và giá trị góc quay của động cơ servo. Trong đoạn dữ liệu này cũng tính tốn và điều khiển góc quay cho động cơ servo để đóng mở van. Việc lấy mẫu ở đây được thực hiện 5 lần và sau đó tính trung bình rồi hiển thị và gửi đi.
Dữ liệu được gửi đi bao gồm giá trị cân nặng đơn vị gam, góc của động cơ servo đơn vị phần trăm và giá trị đặt đơn vị gam. Các con số này được gửi dưới dạng chuỗi và gửi chung với nhau trong một lần gửi cách nhau bằng dấu chấm phẩy (;).
Trong phần này, quan trọng nhất là chương trình con hiển thị có chức năng xuất dữ liệu ra cơ cấu hiển thị. Đoạn chương trình con hiển thị được viết như sau :
void hienthi(float n)
{
if (n<0) n=n*-1;
int t=round(n/10); //lấy 3 số đầu của dãy 5 số thể hiện cân nặng
int donvi=t%10; //tách lấy số thứ 3 t=t/10;
47
t=t/10;
int songuyen1=t%10; // tách lấy số đầu tiên songuyen(songuyen1);
tled7doan(chuc,donvi); }
Chương trình con hienthi có chức năng tách lấy ra trong tham số n 3 con số đầu tiên để hiển thị ra cơ cấu hiển thị, cụ thể lấy số đầu tiên sẽ được thể hiện bằng 4 led đơn (sử dụng chương trình con songuyen), số thứ 2 và số thứ 3 được thể hiện ra 2 con led 7 đoạn (sử dụng chương trình con tled7doan). Hai đoạn chương trình con này được viết như sau :
void songuyen(int b) //led chi thi 0-4
{
if(b==5) // b=5 va 6 la hai cach hien thi de the hien khi reset muc zero
{ digitalWrite(ledle[0], HIGH); digitalWrite(ledle[1], LOW); digitalWrite(ledle[2], HIGH); digitalWrite(ledle[3], LOW);} else if (b==6) {digitalWrite(ledle[0], LOW); digitalWrite(ledle[1], HIGH); digitalWrite(ledle[2], LOW); digitalWrite(ledle[3], HIGH);} else
for (int i=0; i<5; i++) // khi b = 0 ko co led sang, b =1 led 1 sang...
{
if(i<b) digitalWrite(ledle[i], HIGH); else digitalWrite(ledle[i], LOW);
48
}
void tled7doan(int chuc, int donvi)
{
for (int i=7; i>=0; i--){ //Truyen 7 bit don vi digitalWrite(ck, LOW);
digitalWrite(led7doan, macc[donvi][i]); digitalWrite(ck, HIGH);
}
for (int i=7; i>=0; i--){ //Truyen 7 bit hang chuc digitalWrite(ck, LOW);
digitalWrite(led7doan, macc[chuc][i]); digitalWrite(ck, HIGH);
}
digitalWrite(chot, LOW); // cho phep hien thi digitalWrite(chot, HIGH);
}
Trong chương trình con songuyen ngồi việc hiển thị các con số từ 0 đến 4 tương ứng với 0
led sáng đến 4 led sáng thì 4 led còn hiển thị giá trị 5 và 6 để phục vụ cho các trường hợp thông báo, nhấp náy.
Hàm tled7doan dùng các lệnh digitalWrite để điều khiển 3 chân vào cho ic74595 : ic ghi dịch có chức năng chuyển đổi tín hiệu nối tiếp thành tính hiệu song song, rất có ích trong việc mở rộng các chân tín hiệu số đầu ra. Ở đây, tác giả sử dụng 2 con ic 74595 mắc kiểu nối tiếp nhau nên chỉ cần điều khiển 3 chân là chân tín hiệu, chân chốt và chân xung ck. Như vậy, mỗi ic 74595 điều khiển được 7 chân tương ứng với 1 led 7 đoạn.
Xử lý tín hiệu điến Code :
if(stringComplete == true) // Xử lý tín hiệu đến (8) {
49
xulydulieuden(inputString); //gọi chương trình con xulydulieuden
stringComplete = false; //xóa các biến liên quan để nhận đợt dữ liệu mới
inputString=""; }
Việc xử lý tín hiệu đến chỉ được thực hiện khi biến stringComplete có giá trị là true và cơng việc chủ yếu nằm ở chương trình con xulydulieuden, chương trình con này được viết như sau :
void xulydulieuden (String x) {
char kytudautien = x.charAt(0); //tách lấy ký tự đầu tiên int giatrinhan=0;
if (kytudautien=='r') resetzero (zero); if (kytudautien=='m') { tudong=0; gocmoservo=gocmax; } if (kytudautien=='d'){ tudong=0; gocmoservo=gocmin; } if (kytudautien=='t') tudong=1; if (kytudautien=='s'){ x.remove(0,1); giatrinhan= x.toInt(); giatridat=giatrinhan;
EEPROM.write(save, giatridat/100); // Luu giatri dat vao eeprom
50 { hienthi(round(giatridat*1.0/100)*100); delay (200); songuyen(0); tled7doan(13,13); delay(100); } } }
Trong đó, x là tham trị của chương trình con được đặt vào bằng chuỗi nhận được từ cổng nối tiếp. Sau đó cơng việc so sánh ký tự đầu tiên được thực hiện và thực hiện các công việc tương ứng. Riêng với lệnh đặt giá trị đặt mới (khi nhận được chữ s đầu tiên) thì cần tiếp tục nhận chuỗi số sau chữ s để lấy giá trị đặt. Hàm resetzero đã được trình bày trong mục 2.3.5
Phải kể đến là một đoạn code nhỏ phục vụ cho việc nhận dữ liệu nối tiếp đến, đó là chương trình con serial event :
void serialEvent() {
while (Serial.available()) {
// get the new byte:
char inChar = (char)Serial.read(); // add it to the inputString:
inputString += inChar; } stringComplete = true; }
Như vậy, mỗi khi có tín hiệu nối tiếp đến thì chíp sẽ thực hiện lưu chuỗi nhận được vào biến inputString và đặt cho biến stringComplete = true để chuẩn bị cho việc xử lý tín hiệu đến được trình bày ở phần trên.
3.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
Mơ tả ngun lý hoạt động: Mơ hình cân điện tử được tạo ra bởi sự kết nối giữa mạch arduino với máy tính, mạch cân loadcell, mạch nút nhấn - hiển thị và động cơ servo. Trong đó thì
51
mạch ardruino làm nhân tố trung tâm để liên lạc giữa các thiết bị khác với nhau. Máy tính cùng với giao diện có khả năng đọc được những thơng tin chỉ số mà arduino gửi lên và gửi các tín hiệu điều khiển đến arduino. Mạch cân loadcell có chức năng đọc giá trị cân nặng và gửi cho arduino. Mạch hiển thị- nút nhấn có chức năng hiển thị số bằng tín hiệu từ arduino và gửi tín hiệu trạng thái nút nhấn cho arduino. Động cơ servo có chức năng đóng mở van theo tín hiệu điều khiển từ arduino. Arduino có chức năng xử lý tín các tín hiệu đến từ máy tính, nút nhấn và loadcell cùng gửi tín hiệu đi và tín hiệu cho máy tính và Smartphone.
52
Chương IV
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 KẾT LUẬN
Arduino là một mơi trường mới có khả năng phát triển rất mạnh nhờ sự đơn giản trong cách lập trình của nó. Những thư viện có sẵn và những đoạn code mẫu giúp cho những người thực hiện đề tài cảm thấy họ không làm việc lẻ loi, mà luôn được hỗ trợ bởi một cộng đồng đơng đảo. Lập trình trên arduino chủ yếu sử dụng ngơn ngữ C++ vì thế rất dễ hiểu và sử dụng biến đổi code mẫu làm việc theo ý của tác giả.
Các bạn hồn tồn có thể mở rộng số chân của arduino chỉ bằng 2 chân sẵn có của nó bằng một hay nhiều con chíp ghi dịch 74595. Việc lập trình để điều khiển những chân mở rộng này khơng khó khăn. Bạn chỉ cần tạo ra một mảng chứa các biến logic ứng với các chân đã mở rộng, viết một chương trình con để xuất nội dung các chân ra và bạn có thể sử dụng được các chân đó bằng cách điều chỉnh trạng thái chân đó bằng cách thay đổi bit tương ứng của chân đó và gọi hàm xuất.
Khi cần làm việc gì đó hơi cá biệt thì các bạn nên tìm hiểu các thư viện của arduino xem có ai đã phát triển thư viện cho việc đó chưa. Nếu có rồi thì cơng việc của bạn đơn giản chỉ là thêm thư viện đó vào Arduino IDE và tìm hiểu các hàm của thư viện đó và sử dụng.
Việc truyền thông tin thông qua cổng com và việc mã hóa cũng như tách đoạn code để lấy thông tin từ chuỗi nhận được một cách thuận tiện. Sau đó mới phát triển liên kết với đối tượng khác. Mặt khác, có thể dùng mạch arduino làm một mạch biến đổi cổng USB thành cổng COM với giá 0 đồng bằng cách gỡ chíp vi điều khiển của arduino ra và sử dụng chân 0 và 1 của mạch làm chân truyền và nhận nối tiếp.
Về viết giao diện, bổ trợ cho các mơn như cấu trúc máy tính, vi điều khiển và đặt biệt là